Question

【题目】乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料，工业生产乙醇的一种反应原理为： 2CO(g)+4H2 (g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H= — 256.1 kJ·mol—1。

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H= — 41.2 kJ·mol—1

已知：H2O(l)=H2O(g) △H= + 44 kJ·mol—1

（1）以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇，其热化学方程式如下：2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(l) △H=___________。

（2）CH4和H2O(g)在催化剂表面发生反应CH4+H2OCO+3H2，该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：

温度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常数	0.45	1.92	276.5	1771.5

①该反应是__________反应（填“吸热”或“放热”）；

②T℃时，向1L密闭容器中投入1molCH4和1mol H2O(g)， 平衡时c(CH4)=0.5mol·L—1，该温度下反应CH4+H2OCO+3H2的平衡常数K=_____________。

（3）汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5 为催化剂，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图

①若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为___________；在n(NO)/n(CO)=1的条件下，应控制的最佳温度在_____左右。

②用CxHy（烃）催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染。写出CH4与NO2发生反应的化学方程式：_____________。

（4）乙醇-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－离子。该电池负极的电极反应式为________________________。

Answer 1

【答案】－305.7 kJ·mol－1 吸热 6.75 该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行 870℃ CH4+2NO2=CO2+N2+2H2O CH3CH2OH-12e－+6O2－= 2CO2+3H2O

【解析】

（1）考查盖斯定律的应用。根据已知反应可知，①－③×2－②即得到2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(l)，所以该反应热是－256.1kJ/mol＋41.2kJ/mol-44kJ/mol×3=-305.7kJ/mol。

（2）①随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，所以正反应是吸热反应。

②平衡时c(CH4)=0.5mol·L—1，所以消耗甲烷是0.5mol/L，则生成CO是0.5mol/L，氢气是

1.5mol/L，剩余甲烷和水蒸气都是0.5mol/L，所以平衡常数为。

（3）①应用反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行，所以NO的分

解率降低。根据图像可知，在n(NO)/n(CO)=1的条件下，温度为870℃转化率最高，所以

应该控制的温度是870℃。

②NO2能把甲烷氧化生成CO2、氮气和水，方程式为CH4+2NO2→CO2+N2+2H2O。

（4）原电池中负极失去电子，由于电解质能传递O2—离子，而在原电池中阴离子是向负极

移动的，所以负极方程式为CH3CH2OH—12e—+6O2—=2CO2+3H2O。